С помощью пирометрического конуса на вакуумной установке определены температуры начала оплавления и температуры ликвидуса, соответствующие наступлению жидкоплавкого состояния [132, с.53, 54, 55].
Для фосфоритов Джанатаса и Аксая температура оплавления составило 1260-12900 С, для сланцев Джанатаса – 11600 С, температура ликвидуса для фосфоритов Джанатаса и Аксая – 1450-14600 С, для сланцев Джанатаса - 14600 С [132, с.53, 54, 55].
Данный экспериментальный материал дает возможность судить о плавлении исходных фосфатно-кремнистых материалов. Необходимо изучить процесс размягчения и плавления агломерационных шихт, представляющих собой более сложные композиции для получения информации о плавкости реальных шихтовых материалов [132, с.53, 54, 55].
По данным , применительно к размягчению фосфоритной агломерационной шихты, офлюсованной кварцитом, добавка к фосфориту 19% кварцита в равновесии с исходным фосфоритом снижает температуру начала размягчения на 25-300 С [132, с.53, 54, 55]. Увеличение модуля кислотности шихты также приводит к уменьшению температуры начала деформации и размягчения. Подробное изучение начала размягчения и плавления всех компонентов фосфоритовой аглошихты проведено в ЛенНИИГипрохиме.
[132, с.53, 54, 55] изучались температурные характеристики агломерационных шихт в присутствии НБП, шунгита и нефтешламов. По принятой методике проводилось испытание образцов зернистого слоя, насыпного в цилиндрический стакан или молитного цилиндрического куска при скорости нагрева 10-12 град/мин. В связи с тем, что в агломерационной шихте содержится около 40% возврата, изучено размягчение агломерата, полученного из исходных фосфоритов и обожженной при различных температурах руды [132, с.53, 54-56].
За температуру начала деформации принималась температура, при которой начинается непрерывное, прогрессирующее погружение штока при давлении 2 кг/см2, а за температуру размягчения - температура, при которой шток полностью продавливает образец. Проведенные опыты по обжигу фосфоритовых руд различных месторождений показали, что при 9000 С не изменяется температура начала деформации. По мере повышения температуры обжига до 1000-1100°С создаются более благоприятные условия для образования легкоплавких эвтектик и стеклофаз, что приводит к снижению температуры начала деформации руд [132, с.53, 54-56].
Назначением углеводородных материалов и шунгита в работе и внутренних вскрышных пород в наших исследованиях [132, с.53, 54-56]. по изучению никель-, кобальтсодержащего фосфоритного агломерата явилось использование их в качестве дополнительного агломерационного топлива. Значительное содержание в них SiO2 (45-50%) дает возможность принять их и как флюсующую добавку к исходному сырью.
В связи с этим в упомянутых исследованиях вышеуказанные материалы использованы для офлюсования фосфоритной шихты.
Как показали исследования, полученные агломераты обладают более низкими по сравнению с исходными рудами температурами начала деформации и размягчения [132, с.53, 54-56].
1.5.2 Образование структуры минералов при агломерации фосфоритов
Нагрев шихтовых материалов за счет горения углерода в зоне интенсивного нагрева спекаемого слоя создает благоприятные условия для химических реакций между твердыми фазами. Химическое взаимодействие твердых компонентов протекает на поверхности раздела сосуществующих фаз с образованием новой фазы.
Выяснено [132, с.53, 54-56], что в твердой фазе протекают только экзотермические реакции. Твердофазные реакции протекают во много раз медленнее, чем взаимодействие жидких веществ. Значительное ускорение процесса и увеличение диффузии достигаются повышением температуры..
Гранулометрический состав реагирующих компонентов [132, с.53, 54-56] и структура образовавшегося нового минерала оказывают большое влияние на скорость реакции. Особенность протекающих в твердой фазе реакции состоит в том, что природа первого продукта взаимодействия не зависит от весовых соотношений исходных веществ. Поскольку агломерационная шихта имеет в своем составе значительное количество SiО2 и СаО, химическое взаимодействие этих компонентов в твердофазном состоянии представляет значительный интерес для теории агломерации фосфоритовых шихт. Взаимодействия различных оксидов являются:
СаО + SiO2 
2СаО • SiО2 (1.5)
MgO + SiO2 
2MgO • SiО2 (1.6)
CaO + Al2O3 
CaO • Al2О3 (1.7)
CaO + Fe2O3 
2CaO • Fe2O3 (1.8)
MgO + A12O3 
MgO • A12O3 (1.9)
Первым продуктом взаимодействия смесей СаО и SiО2 в воздушной атмосфере при 1000 С был ортосиликат кальция 2СаО • SiO2. Далее образуются соответственно ЗСаО • SiО2 и ЗСаО • 2SiO2 согласно реакциям:
2СаО • SiO2 + СаО = ЗСаО • SiO2
3(2СаО • SiO2) + SiО2 = 2 (ЗСаО • 2SiO2)
При избытке кремнезема взаимодействие SiO2 с СаО приводит к образованию только одного соединения СаО • SiO2. В наших исследованиях добавка в шихту никель-, кобальтсодержащие руды также приводит к избытку Si02 и структура минералообразования соответствует следующей схеме
Выяснено, что при температуре 500-600°С образуется, в основном 2СаО • SiO2, и меньше ЗСаО • 2SiО2, а при температуре 900 С и выше образуются CaOSiО2, и 3CaO • 2SiО2. Скорость взаимодействия при этом возрастает с увеличением активности Si02 и дисперсности СаО [132, с.53, 54-56].
Первичным продуктом взаимодействия между порошкообразными MgO и SiО2 в этой системе является ортосиликат магния 2MgO∙SiО2.
Высокотемпературный нагрев шихтовых материалов за счет горения топлива в процессе агломерации осуществляется за очень короткое время. В связи с этим практическое значение имеют лишь экспериментальные данные, полученные в начальной стадии взаимодействия твердых фаз [132, с.53, 54-56].
Реакции между твердыми реагентами протекают лишь при вполне определенном значении температуры, при котором ионы, преодолевая силы связи в реагенте, создают диффузионный поток в зону реакции. Экспериментальными исследованиями установлен факт более сильного влияния на скорость реакции температуры по сравнению с продолжительностью взаимодействия реагентов [166].
За этим важную характеристику твердофазных реакций принята температура начала взаимодействия компонентов шихты, приведенная в таблице 7 [132, с.53, 54-57].
Таблица 7 - Температуры начала твердофазного взаимодействия компонентов агломерационной шихты
Компоненты, участвующие в реакциях | Продукт реакции | Температура появления продукта реакции, °С |
Ca0 + SiO2 MgO + Si02 MgO + Al203 CaO + Fe203 MgO + Fe203 CaC03 + Fe203 Ca0 + MgCO3 Ca0 + MgO-SiO2 Ca0 + Al2O3-SiO2 | 2CaO • Si02 2MgO • Si02 MgO • A12О3 CaO • Fe2О3 MgO • Fe2О3 CaO • Fe2О3 CaCО3 + MgO CaO • SiО2 + MgO CaO • SiО2 + A1203 | 500-600 690 900-1000 500 600 580 530 560 530 |
Из таблицы 7 видно, что силикаты кальция образуются в контакте кварца с известью при 500-600°С, число таких контактов при этом агломерационной шихте зависит от содержания в ней кремнезема и кальцита. При диссоциации последнего образуется оксид кальции.
При температурах, характерных для агломерационного процесса, весьма возможной является реакция [132, с.53, 54-58] :
2СаС03 + SiО2 = Ca2SiО4 + 2СО2 (1.10)
Оксид кальция может замещать MgO и МnО в твердых метасиликатах и в твердой фазе MgO и MgCО3 еще до диссоциации карбоната.
О механизме получения упрочненного фосфоритного агломера в условиях агломерационного процесса при спекании фосфоритов можно судить по результатам наших исследований с использованием в качестве топлива – ВВП и в качестве флюсующей добавки – никель-, кобальтсодержащей руды [132, с.53, 54-58].
По предложенному нами способу [120], повышение прочности в процессе высокотемпературного обжига, по нашему мнению, происходит за счёт образования в системе «жидкое - твёрдое» алюмосиликатных и фосфорит-никель-кобальт кальциевых соединений, которые при охлаждении затвердевают, создавая трудно-разрушаемые связки между более крупными оплавленными частицами фосфатно-кремнистой мелочи.
2 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ АГЛОМЕРАЦИИ ФОСФАТНО-КРЕМНИСТОЙ МЕЛОЧИ С ФЛЮСУЮЩИМИ ДОБАВКАМИ КАК ВВП И НКР
В работе авторов при агломерации сырья [120] фосфатное сырье смешивают с возвратом агломерата и твердым топливом, в составе которого используют теплоизоляционную шихту печей графитации электродного производства или шунгит или нефтешлам в количестве 30-100% масс.
Шихту увлажняют производственной водой или 30 %-ой водной суспензией коттрельной пыли или сульфид-спиртовой барды до влажности 5-8 мас.%, окомковывают, загружают на паллеты колосниковой решетки агломерационной машины, поверх слоя из годного агломерата класса 10-20 мм, зажигают находящееся в слое шихты твёрдое топливо продукта ми сгорания газовой смеси, содержащей 60-90 % природного газа и 10-40 % печного газа и спекают.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 |
